(57)【要約】【課題】簡素な構成で蒸発燃料の生成量を低減することが可能な燃料タンクを提供する。【解決手段】タンク本体（２）内の上部に燃料を導入する上部室（１３）を残して、タンク本体（２）内の下部（２Ａ）に弾性変化膜（１１）により仕切られた膨張収縮可能な下部室（１２）を設け、上部室（１３）内に燃料を導入するとき、弾性変化膜（１１）が燃料重量で変形して、前記下部室が収縮すると共に、上部室（１３）内の燃料が上部室（１３）内の大部分を液状で満たすように下部室（１２）の初期圧力を設定する。【選択図】図１Ｂ
2010269648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク本体内の上部に燃料を導入する上部室を残して、タンク本体内の下部に弾性変化膜により仕切られた膨張収縮可能な下部室を設け、
前記上部室内に燃料を導入するとき、前記弾性変化膜が燃料重量で変形して、前記下部室が収縮すると共に、
前記上部室内の燃料が前記上部室内の大部分を液状で満たすように、前記下部室の初期圧力を設定することを特徴とする燃料タンク。
【請求項２】
前記下部室の初期圧力は前記上部室の圧力である大気圧よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の燃料貯溜装置。
【請求項３】
前記上部室内の燃料の高さの変化量と、前記下部室の高さの変化量とが等しくなる領域で上部室内に残留する燃料の重量と前記下部室内の圧力による反力とを釣り合わせることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
【請求項４】
前記上部室内の燃料が空の状態で燃料注入管が前記上部室に開口するようにすることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
【請求項５】
前記下部室内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
この圧力検出手段により検出される圧力に基づいて前記上部室内に残留する燃料量を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
【請求項６】
前記下部室内の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
この温度検出手段により検出される温度に基づいても前記上部室内に残留する燃料量を算出することを特徴とする請求項５に記載の燃料タンク。
【請求項７】
燃料タンクを備えるエンジンと、バッテリからの電気で駆動されるモータとを有し、外部電源を用いて前記バッテリの充電を行い得るハイブリッド車において、
前記燃料タンクのタンク本体内の上部に燃料を導入する上部室を残して、タンク本体内の下部に弾性変化膜により仕切られた膨張収縮可能な下部室を設け、
前記上部室内に燃料を導入するとき、前記弾性変化膜が燃料重量で変形して、前記下部室が収縮すると共に、
前記上部室内の燃料が前記上部室内の大部分を液状で満たすように、前記下部室の初期圧力を設定することを特徴とするハイブリッド車。
【請求項８】
タンク本体内の空間を上部室と下部室の二つに区画すると共に上下方向に摺動可能な仕切部材と、この仕切部材を上方に付勢する弾性部材とからなる蛇腹状部材をタンク本体内の下部に設け、
前記上部室内に燃料を導入するとき、前記仕切部材が燃料重量で前記弾性部材に抗して下方に移動すると共に、
前記上部室内の燃料が前記上部室内の大部分を液状で満たすように、前記弾性部材の初期位置と弾性力とを定めることを特徴とする燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料タンク及びハイブリッド車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料蒸気低減を目的として、可撓性材料からなる袋状の伸縮膜３により包囲された膨張収縮可能な燃料タンク２を密閉構造の燃料タンク収容容器１内に収納し、燃料タンク２内を燃料注入管４に接続して燃料注入管４から注入された燃料でもって燃料タンク２を満たすようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１９７９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術では、燃料タンク２内を燃料注入管４に接続するほか、燃料タンク２周りの燃料タンク収容容器１内に形成される内部空間９をキャニスタ１４を介して大気に連通したりすることが必要であり、構成が複雑である。
【０００５】
そこで本発明は、簡素な構成で蒸発燃料の生成量を低減することが可能な燃料タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、タンク本体（２）内の上部に燃料を導入する上部室（１３）を残して、タンク本体（２）内の下部（２Ａ）に弾性変化膜（１１）により仕切られた膨張収縮可能な下部室（１２）を設け、上部室（１３）内に燃料を導入するとき、弾性変化膜（１１）が燃料重量で変形して、下部室（１２）が収縮すると共に、上部室（１３）内の燃料が上部室（１３）内の大部分を液状で満たすように下部空気室（１２）の初期圧力を設定する。
【０００８】
また本発明は、燃料タンクを備えるエンジンと、バッテリからの電気で駆動されるモータとを有し、外部電源を用いてバッテリの充電を行い得るハイブリッド車において、燃料タンクのタンク本体（２）内の上部に燃料を導入する上部室（１３）を残して、タンク本体（２）内の下部（２Ａ）に弾性変化膜（１１）により仕切られた膨張収縮可能な下部室（１２）を設け、上部室（１３）内に燃料を導入するとき、弾性変化膜（１１）が燃料重量で変形して、下部室（１２）が収縮すると共に、上部室（１３）内の燃料が上部室（１３）内の大部分を液状で満たすように、下部室（１２）の初期圧力を設定する。
【０００９】
また本発明は、タンク本体（２）内の空間を上部室（１８）と下部室（１９）の二つに区画すると共に上下方向に摺動可能な仕切部材（１６）と、この部材（１６）を上方に付勢する弾性部材（１７）とからなる蛇腹状部材（１５）をタンク本体（２）内の下部（２Ａ）に設け、上部室（１８）内に燃料を導入するとき、仕切部材（１６）が燃料重量で弾性部材（１７）に抗して下方に移動すると共に、上部室（１８）内の燃料が上部室（１８）内の大部分を液状で満たすように、弾性部材（１７）の初期位置と弾性力とを定める。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タンク本体内の上部に燃料を導入する上部室を残して、タンク本体内の下部に弾性変化膜により仕切られた膨張収縮可能な下部室を設け、前記上部室内に燃料を導入するとき、前記弾性変化膜が燃料重量で変形して、前記下部室が収縮すると共に、前記上部室内の燃料が前記上部室内の大部分を液状で満たすように、前記下部室の初期圧力を設定するので、上部室内に残留する燃料からの蒸発燃料の生成量を低減することが可能となり、キャニスタの容量を縮小することができるほか、燃料タンクの構成を簡素にすることができる。
【００１１】
また本発明によれば、燃料タンクを備えるエンジンと、バッテリからの電気で駆動されるモータとを有し、外部電源を用いて前記バッテリの充電を行い得るハイブリッド車において、前記燃料タンクのタンク本体内の上部に燃料を導入する上部室を残して、タンク本体内の下部に弾性変化膜により仕切られた膨張収縮可能な下部室を設け、前記上部室内に燃料を導入するとき、前記弾性変化膜が燃料重量で変形して、前記下部室が収縮すると共に、前記上部室内の燃料が前記上部室内の大部分を液状で満たすように、前記下部室の初期圧力を設定するので、上部室内に残留する燃料からの蒸発燃料の生成量を低減することが可能となり、キャニスタの容量を縮小することができるほか、燃料タンクの構成を簡素にすることができると共に、エンジンを運転する機会が無くても、蒸発燃料をキャニスタからオーバーフローさせることを防止できる。
【００１２】
また本発明によれば、タンク本体内の空間を上部室と下部室の二つに区画すると共に上下方向に摺動可能な仕切部材と、この部材を上方に付勢する弾性部材とからなる蛇腹状部材をタンク本体内の下部に設け、前記上部室内に燃料を導入するとき、前記仕切部材が燃料重量で前記弾性部材に抗して下方に移動すると共に、前記上部室内の燃料が前記上部室内の大部分を液状で満たすように、前記弾性部材の初期位置と弾性力とを定めるので、蒸発燃料の生成量を低減することが可能となり、キャニスタの容量を縮小することができるほか、燃料タンクの構成を簡素にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【図１Ｂ】第１実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【図１Ｃ】第１実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【図２】蒸発燃料処理装置の概略構成図である。
【図３】第１実施形態の燃料タンクを簡略化した物理モデルである。
【図４】高圧室の高さと上部空気室内の燃料の高さとの関係を示す特性図である。
【図５】第２実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【図６Ａ】第３実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【図６Ｂ】第３実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【図６Ｃ】第３実施形態の燃料タンクの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは本発明の一実施形態の燃料タンク１の概略構成図で、図１Ａは燃料タンク１が空の場合を、図１Ｂは燃料タンク１に一杯まで燃料が満たされている場合（いわゆる満タンの場合）を、図１Ｃは燃料が途中まで消費された場合を示している。
【００１５】
燃料タンク１は、図示しないプラグインハイブリッド車に搭載されている。ここで、プラグインハイブリッド車とは、外部電源を用いてモータ用バッテリの充電を行い得るハイブリッド車のことである。一般的に、ハイブリッド車は、燃料タンクを備えるエンジンと、バッテリからの電気で駆動されるモータとを備える車両であるが、本実施形態では、走行はモータ用バッテリからの電気の供給を受けるモータのみで行い、エンジンはモータ用バッテリの充電のために用いるハイブリッド車に対して、特に有効である。
【００１６】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃにおいて、２は金属または合成樹脂材料からなる密封構造のタンク本体、３はタンク本体２に一方が開口し、他方が外方に突出するほぼ円筒状の燃料注入管、４は燃料注入管３の外方先端部に着脱自在に取り付けられる燃料キャップ、５はタンク本体２の上壁から燃料注入管３内の上方領域まで延びるブリーザパイプである。
【００１７】
タンク本体２の右側上壁に開口する通路６は、図２に示したように、キャニスタ２１と連通されている。燃料タンク１内で蒸発する燃料はこの通路６を介し空気により運ばれてキャニスタ２１に導入される。燃料タンク１からの蒸発燃料と空気の混合ガスはパージガスといい、このパージガスがキャニスタ２１に導入されると、蒸発燃料のみがキャニスタ２１の内部に収納されている活性炭２２に吸着され、空気はキャニスタ２１の大気開放孔２３から大気に放出される。図２において、キャニスタ２１とスロットル弁３３下流の吸気管３２とはパージ通路２４で連通され、このパージ通路２４に常閉のパージコントロール弁２５が介装されている。エンジン３１の運転中であれば、スロットル弁３３下流の吸気管３２内の圧力が大気圧より小さな圧力となる場合がある。この場合に、エンジンコントローラ４１がパージコントロール弁２５を開くと、スロットル弁３３下流に生成される圧力（大気圧より小さな圧力）によって、空気が大気開放孔２３からキャニスタ２１内に導入され、この導入された空気によって活性炭２２に吸着されている蒸発燃料が脱離され、空気と蒸発燃料との混合ガス（これもパージガス）がパージ通路２４を通って吸気管３２に供給され、インジェクタ３４からの燃料と共にエンジン３１内で燃焼される。
【００１８】
キャニスタ２１内の活性炭２２の容量を超えた蒸発燃料は吸着されずにキャニスタ２１の大気開放孔２３より大気に放出されるため、環境上好ましくない。このため、エンジン３１の運転頻度や燃料タンク１の容量などを考慮して、燃料タンク１で生成される蒸発燃料が大気開放孔２３より大気に放出されることがないようにキャニスタ２１（活性炭２２）の容量が決定される。
【００１９】
さて、車両の走行はモータ用バッテリからの電気の供給を受けるモータのみで行い、エンジン３１はモータ用バッテリの充電のために用いるハイブリッド車では、エンジン３１はバッテリの実容量の代表値であるＳＯＣ（State  Of  Charge）が規定値以下となった場合にしか運転されることがない。
【００２０】
エンジン３１がしばしば運転されるのであれば、エンジン３１の運転中にパージガスを吸気管３２に導いて燃焼処理することができるのであるが、エンジン３１が運転される機会があまりないとなると、その分、キャニスタ２１に吸着させておく蒸発燃料が増えるため、キャニスタ２１（活性炭２２）の容量を大きくする必要がある。
【００２１】
しかながら、キャニスタ２１（活性炭２２）の容量を大きくすることはコストアップとなるし、キャニスタ２１（活性炭２２）の容量増大分だけエンジンルーム内のスペースが狭くなってしまう。
【００２２】
この場合に、燃料タンク１内では燃料の液面が燃料タンク１内の上部に存在する気体部分に開放されていることで蒸発燃料が生成されるのであるから、燃料タンク１内で燃料の液面が燃料タンク１内の上部に存在する気体部分に開放されないようにすれば蒸発燃料を減らせることができることから各種の燃料タンクが提案されている。
【００２３】
しかしながら、提案されている燃料タンクはその構成が複雑である。
【００２４】
そこで本実施形態では、構成が簡素な燃料タンクを提案する。すなわち、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃにおいてタンク本体２内の上部に燃料を導入するための上部空気室１３（上部室）を残して、タンク本体２内の底面２Ａ（下部）に、例えばゴムのような可撓性材料からなる袋状の弾性変化膜１１により包囲された膨張収縮可能な下部空気室１２（下部室）を設け、この下部空気室１２に大気圧よりも高い圧力を初期封入圧（初期圧力）として予め与えておく。ここで、下部空気室１２内の空気の圧力は大気圧よりも高いので、下部空気室を以下「高圧室」という。高圧室１２は密閉した空間であるので、燃料は燃料注入管３より上部空気室１３のみに導入されることとなる。
【００２５】
上記の弾性変化膜１１は燃料と直接に接触する部材であるため耐油性が必要であり、かつ耐熱性も必要であるので、これらの性質が満たされる材質を選択する。
【００２６】
燃料が供給されていないときには、高圧室１２内の空気の圧力のほうが上部空気室１３の圧力である大気圧より高いため、図１Ａに示したように、弾性変化膜１１はタンク本体２内の側壁２Ｂの全体に密着しつつ大気圧との差圧で弾性変化膜１１が大きく膨らみ、弾性変化膜１１の上方部分１１Ａ（上部空気室１３と接する部分）が上方に移動して高圧室１２は最大の容積となる。これに対して上部空気室１３は最小の容積となる。
【００２７】
燃料キャップ４を開いて燃料供給を行うときに、弾性変化膜１１が燃料の上部空気室１３への流入を阻害することがないように、高圧室１２が最大の容積となっている状態では、燃料注入管３が上部空気室１３に開口している。高圧室１２が最大の容量となるときの弾性変化膜１１の上方部分１１Ａの位置は、図示しないストッパにより規制することができる。
【００２８】
一方、燃料キャップ４を開いて燃料供給を行うと燃料が上部空気室１３に流れ込み、下方の高圧室１２に入ることはない。燃料を一杯（満タン）にまで給油したときには、図１Ｂに示したように燃料の重みで弾性変化膜１１が縮む。すなわち、タンク本体２内の側壁２Ｂの全体に密着しつつ弾性変化膜１１の上方部分１１Ａが下方に移動して高圧室１２は最小の容積となる。これに対して、上部空気室１３は最大の容積となる。
【００２９】
また、給油後にエンジン３１がエンジンコントローラ４１により運転されると、上部空気室１３内に残留する燃料が消費されていく。燃料が消費されて、上部空気室１３内に残留する燃料の重量が減少すると、その燃料重量の減少に応じて、図１Ｃに示したように、弾性変化膜１１はタンク本体２内の側壁２Ｂの全体に密着しつつ弾性変化膜１１の上方部分１１Ａが上方に移動して上部空気室１３内に残留する燃料を押し上げる。このときの高圧室１２の容積は、最大の容積と最小の容積の間にある。同様に、上部空気室１３の容積も最大の容積と最小の容積の間にある。
【００３０】
このようにタンク本体２の底面２Ａに弾性変化膜１１により包囲された高圧室１２を備えさせ、上部空気室１３内に残留する燃料の重量に応じて、弾性変化膜１１をタンク本体２内の側壁２Ｂの全体に密着させつつ弾性変化膜１１の上方部分１１Ａを上下動させることで、上部空気室１３内に残留する燃料が上部空気室１３内に液状で充満し、燃料液面の大部分が上部空気室１３内の気体部分に開放されないようにすることができる。すなわち、上部空気室１３内に残留する燃料の液面のうち、燃料注入管３、ブリーザパイプ５のタンク本体２への開口部及び通路６のタンク本体２への開口部においてのみ燃料の液面が上部空気室１３内の気体部分に開放され、これによって、上部空気室１３内の、蒸発燃料が発生し易い気体部分の体積を縮小することができている。言い換えると、タンク本体２内の上部空気室１３に燃料が残留する間は、燃料の液面の大部分が上部空気室１３内の気体部分に開放されることがないように、かといって満タンまでの燃料供給の邪魔をしないように、高圧室１２内に充填する空気の初期封入圧と、タンク本体２内が空のときの弾性変化膜１１の上方部分１１Ａの位置とを調整するのである。これにより、基本的に燃料の量によらずに常に、上部空気室１３内に残留する気体部分の体積をできるだけ小さなものとすることができる。高圧室１２内に充填する空気の初期封入圧としては、例えば大気圧の数倍（２気圧以上）を考えている。実際には、燃料の液中でも蒸発は生じ得るが、その量は微量であるため無視することができる。
【００３１】
なお、タンク本体２の上壁は一様な平板状でなく、ブリーザパイプ５を開口する上壁部分２Ｃを他の上壁部分２Ｄよりも上方に突出させているので、燃料タンク１が空の状態では、図１Ａに示したように弾性変化膜１１の上方部分１１Ａとの間に気体部分が残ってしまう。このため、上部空気室１３に残留する燃料が殆ど残っていない状態は図１Ａに近い状態となり、この状態では上部空気室１３に残留する残り少ない燃料の液面が上部空気室１３内の気体部分に晒されるため、燃料からの蒸発が生じること考えられる。しかしながら、上部空気室１３に残留する燃料は残り少ないこと、かつ上部空気室１３の容積も最小に近いため、弾性変化膜１１により包囲された高圧室１２を全く備えない場合と比較すれば、蒸発する燃料は格段に少ないと考えられる。
【００３２】
さて、燃料タンク１が満タンの状態から空の状態となるまで、上部空気室１３内に残留する燃料が上部空気室１３内に液状で充満し、燃料の液面の大部分が上部空気室１３の気体部分に開放されないようにできるか否かを理論的に検討したところを次に述べる。
【００３３】
図３は燃料タンク１を簡略化した物理モデルで、左側に燃料タンク１が満タンの状態を、右側に燃料タンク１が満タンの状態から燃料が消費されて時間ｔが経過したときの状態を示している。
【００３４】
満タンの状態での高圧室１２の圧力をＰ（０）［Ｐａ］、満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の圧力をＰ（ｔ）［Ｐａ］、満タンの状態での高圧室１２の容積をＶａ（０）［ｍ＾３］、満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の容積をＶａ（ｔ）［ｍ＾３］、満タンの状態での燃料重量をＭ（０）［ｋｇ］、満タンの状態から時間ｔが経過したときの燃料重量をＭ（ｔ）［ｋｇ］、満タンの状態での燃料容積をＶｆ（０）［ｍ＾３］、満タンの状態から時間ｔが経過したときの燃料容積をＶｆ（ｔ）［ｍ＾３］とする。
【００３５】
また、満タンの状態での高圧室１２の高さ（満タンの状態での弾性変化膜１１の上方部分１１Ａの高さ）をｈ（０）［ｍ］、満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の高さをｈ（ｔ）［ｍ］、満タンの状態での上部空気室１３内の燃料の高さをｋ（０）［ｍ］、満タンの状態から時間ｔが経過したときの上部空気室１３内の燃料の高さをｋ（ｔ）［ｍ］、上部空気室１３内の燃料が高圧室１２に作用する面積をＡ［ｍ＾２］（一定）とする。ここで、単位の［ｍ＾３］は立方メートルを、［ｍ＾２］は平方メートルを意味させている。
【００３６】
満タンの状態から時間ｔが経過したときに上部空気室１３内の燃料にかかる重力Ｗ（ｔ）［Ｎ］は、
Ｗ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）×ｇ                                  …（１）
ただし、ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ＾２］
の式で与えることができる。一方、満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の反力Ｆ（ｔ）［Ｎ］は、
Ｆ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）×Ａ                                  …（２）
ただし、Ｐ（ｔ）：高圧室１２内の空気の圧力［Ｎ／ｍ＾２］、
Ａ      ：面積［ｍ＾２］
の式で与えることができる。
【００３７】
上記（１）式の燃料にかかる重力Ｗ（ｔ）と上記（２）式の高圧室１２の反力Ｆ（ｔ）とが釣り合うとして、
Ｗ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）                                      …（３）
である。
【００３８】
上部空気室１３内の全てに燃料が液状で充満している状態を保たせるには、高圧室１２の高さの変化量Δｈ＝ｈ（ｔ）−ｈ（０）と、上部空気室１３内の燃料の高さの変化量Δｋ＝ｋ（０）−ｋ（ｔ）＝｛Ｍ（０）−Ｍ（ｔ）｝／燃料比重／Ａとが絶えず等しくなればいいので、
ｈ（ｔ）−ｈ（０）＝｛Ｍ（０）−Ｍ（ｔ）｝／燃料比重／Ａ…（４）
ただし、ｈ（０）：満タンの状態での高圧室１２の高さ、
ｈ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の高さ、
Ｍ（０）：満タンの状態での上部空気室１３内の燃料の重量、
Ｍ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの上部空気室１３内の                        燃料の重量、
の式が成立する。
【００３９】
ここで、燃料の比重は燃料重量Ｍを燃料の体積Ｖｆで割った値である、つまり
燃料比重＝Ｍ／Ｖｆ＝｛Ｍ（０）−Ｍ（ｔ）｝／｛Ｖｆ（０）−Ｖｆ（ｔ）｝
ただし、Ｖｆ（０）：満タンの状態での上部空気室１３内の燃料の体積、
Ｖｆ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの上部空気室１３内                          の燃料の体積、
であるので、これを（４）式に代入すると、
ｈ（ｔ）−ｈ（０）＝｛Ｖｆ（０）−Ｖｆ（ｔ）｝／Ａ      …（５）
の式が得られる。
【００４０】
一方、高圧室１２内の空気について気体の状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴが成立し、Ｖ＝ｎＲＴ／Ｐであるので、この式に
Ｖ＝Ｖａ（ｔ）−Ｖａ（０）、
Ｐ＝Ｐ（０）−Ｐ（ｔ）、
ただし、Ｖａ（０）：満タンの状態での高圧室１２の容積、
Ｖａ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の容積                          、
Ｐ（０）  ：満タンの状態での高圧室１２の圧力、
Ｐ（ｔ）  ：満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の圧力                          、
を代入すると、
Ｖａ（ｔ）−Ｖａ（０）＝ｎＲＴ／｛Ｐ（０）−Ｐ（ｔ）｝
となるので、
｛Ｖａ（ｔ）−Ｖａ（０）｝／Ａ＝ｎＲＴ｛１／Ｐ（０）−１／Ｐ（ｔ）｝
…（６）
の式が得られる。
【００４１】
ここで、Ｐ＝Ｗ／Ａ＝｛Ｗ（０）−Ｗ（ｔ）｝／Ａ、
ただし、Ｗ（０）：満タンの状態で上部空気室１３内の燃料にかかる重力、
Ｗ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときに上部空気室１３内の燃                      料にかかる重力、
であるから、この式を（６）式に代入すると、
｛Ｖａ（ｔ）−Ｖａ（０）｝／Ａ＝ｎＲＴＡ｛１／Ｗ（０）−１／Ｗ（ｔ）｝
…（７）
の式を得る。
【００４２】
上部空気室１３内の燃料の体積変化量と高圧室１２内の空気の体積変化量とは等しい、つまりＶｆ（０）−Ｖｆ（ｔ）＝Ｖａ（ｔ）−Ｖａ（０）であるから、（５）式、（７）式より、
ｈ（ｔ）−ｈ（０）＝ｎＲＴＡ｛１／Ｗ（０）−１／Ｗ（ｔ）｝
…（８）
の式を得る。
【００４３】
ここで、満タンの状態で上部空気室１３内の燃料にかかる重力Ｗ（０）、満タンの状態から時間ｔが経過したときに上部空気室１３内の燃料にかかる重力Ｗ（ｔ）について
Ｗ（０）＝ｋ（０）×Ａ、
Ｗ（ｔ）＝ｋ（ｔ）×Ａ、
ただし、ｋ（０）：満タンの状態での上部空気室１３内の燃料の高さ、
ｋ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの上部空気室１３内の                        燃料の高さ、
であるから、これらを（８）式に代入してＷ（ｔ）、Ｗ（０）を消去すると、
ｈ（ｔ）−ｈ（０）＝ｎＲＴ｛１／ｋ（０）−１／ｋ（ｔ）｝
ｈ（ｔ）＝ｈ（０）＋ｎＲＴ／ｋ（０）＋ｎＲＴ／ｋ（ｔ）  …（９）
の式を得る。
【００４４】
ここで、（９）式の満タンの状態での高圧室１２の高さｈ（０）、満タンの状態での上部空気室１３内の燃料高さｋ（０）は初期値で定数、高圧室１２内の空気のモル数ｎ、高圧室１２内の空気のガス定数Ｒも定数である。高圧室１２内の空気の温度Ｔは急激には変化しないので、これも定数とみなすことができる。従って、定数Ｃ１、Ｃ２を、
Ｃ１＝ｎＲＴ                                            …（１０）
Ｃ２＝ｈ（０）＋ｎＲＴ／ｋ（０）                        …（１１）
ただし、ｎ：高圧室１２内の空気のモル数、
Ｒ：高圧室１２内の空気のガス定数［Ｊ／ｋｇＫ］、
Ｔ：高圧室１２内の空気の温度［Ｋ］、
の式で定義すれば、これら定数Ｃ１、Ｃ２を用いて、上記（９）式は、
ｈ（ｔ）＝Ｃ１／ｋ（ｔ）＋Ｃ２                          …（１２）
ただし、Ｃ１、Ｃ２：定数、
とおくことができる。
【００４５】
上記（１２）式により、高圧室１２の高さｈ（ｔ）は上部空気室１３内の燃料の高さｋ（ｔ）の関数であることがわかったので、高圧室１２の高さｈ（ｔ）のグラフを書くと、図４に実線で示したようになる。一方、上部空気室１３内の全てに燃料が液状で充満している状態を維持させるためには、図４に破線で示したように高圧室１２の高さの変化量Δｈと上部空気室１３内の燃料の高さの変化量Δｋとが等しい、つまりΔｈ＝Δｋであることが理想であり、このときの特性は破線で示した直線で表される。従って、図４において実線のグラフと破線のグラフとが一致している領域が使用範囲となるように（つまり実線のグラフと破線のグラフとが一致している領域で燃料タンク１が使用されるように）、燃料タンク１の仕様を決定すれば、燃料タンク１が満タンの状態から空の状態となるまで、上部空気室１３内に残留する燃料が上部空気室１３内の全てに液状で充満し、燃料の液面が上部空気室１３内の気体部分に開放されないようにできることを理論的にも確認することができた。
【００４６】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００４７】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、タンク本体２内で蒸発した燃料を吸着させるキャニスタ２１を備え、タンク本体２内の上部に燃料を導入する上部空気室１３を残して、タンク本体２内の底面２Ａ（下部）に弾性変化膜１１により包囲された膨張収縮可能な高圧室１２（下部空気室）を設け、上部空気室１３内に燃料を導入するとき、弾性変化膜１１が燃料重量で収縮すると共に、上部空気室１３内に残留する燃料が上部空気室１３内の大部分を液状で満たすように高圧室１２の初期封入圧（初期圧力）を設定するので、上部空気室１３内に残留する燃料からの蒸発燃料の生成量を低減することが可能となり、キャニスタ２１の容量を縮小することができるほか、燃料タンク１の構成を簡素にすることができる。
【００４８】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、上部空気室１３内に残留する燃料の高さの変化量と、高圧室１２の高さの変化量とが等しくなる領域で上部空気室１３内に残留する燃料の重量と高圧室１２内の圧力による反力とを釣り合わせるので、上部空気室１３内に残留する燃料が減ってきても、上部空気室１３内に残留する燃料が上部空気室１３内の大部分を液状で満たすことができる。
【００４９】
本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、燃料タンク１を備えるエンジン３１と、バッテリからの電気で駆動されるモータとを有し、外部電源を用いてバッテリの充電を行い得るハイブリッド車において、燃料タンク１のタンク本体２内の上部に燃料を導入する上部空気室１３を残して、タンク本体２内の底面２Ａ（下部）に弾性変化膜１１により包囲された膨張収縮可能な高圧室１２を設け、上部空気室１３内に燃料を導入するとき、弾性変化膜１１が燃料重量で収縮すると共に、上部空気室１３内に残留する燃料が上部空気室１３内の大部分を液状で満たすように高圧室１２の初期封入圧（初期圧力）を設定するので、上部空気室１３内に残留する燃料からの蒸発燃料の生成量を低減することが可能となり、キャニスタ２１の容量を縮小することができるほか、燃料タンク１の構成を簡素にすることができると共に、エンジン３１を運転する機会が無くても、蒸発燃料をキャニスタ２１からオーバーフローさせることを防止できる。
【００５０】
なお、下部空気室１２は、可撓性材料からなる袋状の弾性変化膜１１により包囲されて膨張収縮可能なものとしたが、これに限られるものでない。例えばタンク下部を加圧した状態で密閉するように弾性変化膜を所定のタンク高さでタンク内壁の全周で固定して、上部を弾性変化膜で塞がれたタンクの下側部分により構成することができる。
【００５１】
図５は第２実施形態の燃料タンク１の概略構成図である。第１実施形態の図１Ｃと同一部分には同一番号を付している。なお、図１Ａ、図１Ｂに対応する図は省略して示していない。
【００５２】
第２実施形態は第１実施形態を前提としてさらに、高圧室１２の圧力を検出する圧力センサ４２と、高圧室１２の温度を検出する温度センサ４３とを設け、これらセンサ４２、４３からの高圧室１２の圧力と温度をエンジンコントローラ４１に入力させ、エンジンコントローラ４１で、これらセンサ検出値に基づいて燃料残量（上部空気室１３に残留する燃料量）を算出するようにしたものである。
【００５３】
燃料残量の算出原理を説明すると、次のようになる。ここでは、図３で用いたと同じ記号を用いる。
【００５４】
高圧室１２内の空気について
Ｐ（ｔ）Ｖａ（ｔ）＝ｎＲＴ（ｔ）                        …（１３）
ただし、Ｐ（ｔ）  ：高圧室１２内の空気の圧力［Ｐａ］、
Ｖａ（ｔ）：高圧室１２内の空気の容積［ｍ＾３］、
ｎ        ：高圧室１２内の空気のモル数、
Ｒ        ：高圧室１２内の空気のガス定数［Ｊ／ｋｇＫ］、
Ｔ（Ｔ）  ：高圧室１２内の空気の温度［Ｋ］、
の状態方程式が成立する。一方、高圧室１２内の空気の容積Ｖａ（ｔ）［ｍ＾３］と、高圧室１２の高さｈ（ｔ）［ｍ］との間には、
Ｖａ（ｔ）＝Ａ×ｈ（ｔ）                                …（１４）
なる関係があるので、これを（１３）式に代入して容積Ｖａ（ｔ）を消去し、高圧室１２の高さｈ（ｔ）について整理すると、
ｈ（ｔ）＝（ｎＲ／Ａ）×（Ｔ（ｔ）／Ｐ（ｔ））          …（１５）
の式が得られる。
【００５５】
ここで、Δｈ＝Δｋ、つまり
ｈ（ｔ）−ｈ（０）＝ｋ（０）−ｋ（ｔ）                  …（１６）
ただし、ｈ（０）：満タンの状態での高圧室１２の高さ［ｍ］、
ｈ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの高圧室１２の高さ
［ｍ］、
ｋ（０）：満タンの状態での上部空気室１３内の燃料の高さ［ｍ］、
ｋ（ｔ）：満タンの状態から時間ｔが経過したときの上部空気室１３内の                        燃料の高さ［ｍ］、
であるから、（１６）式を燃料の高さｋ（ｔ）について整理すると、
ｋ（ｔ）＝ｋ（０）＋ｈ（０）−ｈ（ｔ）                  …（１７）
の式が得られる。
【００５６】
上記（１５）式を（１７）式に代入して、
ｋ（ｔ）＝ｋ（０）＋ｈ（０）−（ｎＲ／Ａ）×（Ｔ（ｔ）／Ｐ（ｔ））
…（１８）
の式を得る。
【００５７】
（１８）式において右辺の満タンの状態での上部空気室１３内の燃料の高さｋ（０）、満タンの状態での高圧室１２の高さｈ（０）は初期値で定数、高圧室１２内の空気のモル数ｎ、高圧室１２内の空気のガス定数Ｒも定数である。従って、定数Ｃ３、Ｃ４を、
Ｃ３＝ｋ（０）＋ｈ（０）                                …（１９）
Ｃ４＝ｎＲ／Ａ                                          …（２０）
の式で定義すれば、これら定数Ｃ３、Ｃ４を用いて、上記（１８）式は、
ｋ（ｔ）＝Ｃ３−Ｃ４（Ｔ（ｔ）／Ｐ（ｔ））              …（２１）
ただし、Ｃ３、Ｃ４：定数、
とおくことができる。
【００５８】
燃料残量は満タンの状態から時間ｔが経過したときの上部空気室１３内の燃料の高さｋ（ｔ）に面積Ａを乗算した値、つまり
燃料残量＝ｋ（ｔ）×Ａ
であるから、この式に上記（２１）式を代入することで
燃料残量＝Ａ｛Ｃ３−Ｃ４（Ｔ（ｔ）／Ｐ（ｔ））｝        …（２２）
の式が得られる。
【００５９】
（２２）式は燃料残量が高圧室１２内の空気の圧力Ｐ（ｔ）と、高圧室１２内の空気の温度Ｔ（ｔ）との関数であることを表している。従って、高圧室１２内の空気の圧力Ｐ（ｔ）と、高圧室１２内の空気の温度Ｔ（ｔ）とが分かれば、（２２）式により燃料残量を算出することができる。以上が燃料残量の算出原理である。
【００６０】
図５に戻り、エンジンコントローラ４１では、圧力センサ４２により検出される高圧室１２内の空気の圧力Ｐと、温度センサ４３により検出される高圧室１２内の空気の温度Ｔとから上記（２２）式を用いて燃料残量を算出する。
【００６１】
なお、高圧室１２内の空気の温度Ｔ（ｔ）があまり変化しないとみなせるときには、（２２）式の温度Ｔ（ｔ）を一定値でおけばよく、このとき温度センサ４３は不要である。一方、温度センサ４３により高圧室１２内の空気の温度Ｔ（ｔ）を検出すれば、高圧室１２内の空気の温度が変化することがあっても、燃料残量の推定精度が増すこととなる。
【００６２】
燃料の液面高さを計測することによってタンク本体内に残留する燃料量を推定する場合には、車両が傾斜地に止められると、燃料の液面高さが変化するため正確に残存燃料量を推定できなくなるのであるが、第２実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、高圧室１２（下部空気室）内の空気の圧力を検出する圧力センサ４２（圧力検出手段）を備え、この圧力センサ４２により検出される圧力に基づいて上部空気室１３内に残留する燃料量を算出するので、車両が傾斜地に止められることにより燃料の液面高さが変化したとしても、高圧室１２内の空気の温度があまり変化しない範囲で正確に燃料残量を推定できる。
【００６３】
第２実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、高圧室１２（下部空気室）内の空気の温度を検出する温度センサ４３（温度検出手段）をさらに備え、この温度センサ４３により検出される温度に基づいても上部空気室１３内に残留する燃料量を算出するので、高圧室１２内の空気の温度が変化することがあっても、正確に燃料残量を推定できる。
【００６４】
次に、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは第３実施形態の燃料タンク１の概略構成図で、図６Ａは燃料タンク１が空の場合を、図６Ｂは燃料タンク１に一杯まで燃料が満たされている場合（いわゆる満タンの場合）を、図６Ｃは燃料が途中まで消費された場合を示している。なお、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃと同一部分は同一番号を付している。
【００６５】
図２において、タンク本体２の底面２Ａ（下部）に蛇腹状部材１５を備える。蛇腹状部材１５は、タンク本体２内の側壁２Ｂとの間で上下方向に摺動可能な平板１６（仕切部材）と、この平板１６を上方に付勢するスプリング１７（弾性部材）とからなっている。平板１６によりタンク本体２内の空間が上部空気室１８と下部空気室１９との二つに区画され、上部空気室１８にのみ燃料が導入され、下部空気室１９に燃料が導入されることはない。
【００６６】
燃料が供給されていないときには、図６Ａに示したように、スプリング１７の付勢力によって平板１６が上方に移動し、下部空気室１９は最大の容積となる。これに対して、上部空気室１８は最小の容積となる。
【００６７】
燃料キャップ４を開いて燃料供給を行うときに、平板１６が燃料の上部空気室１８への流入を阻害することがないように、下部空気室１９が最大の容積となっている状態では、燃料注入管３が上部空気室１８に開口している。下部空気室１９が最大容量となるときの平板１６の位置は、図示しないストッパにより規制することができる。
【００６８】
一方、燃料キャップ４を開いて燃料供給を行うと燃料が上部空気室１８に流れ込み、燃料重量の加わる平板１６がスプリング１７に抗して下方に移動する。燃料を一杯（満タン）にまで給油したときには、図６Ｂに示したように、上部空気室１８内に残留する燃料の重みでスプリング１７を押し下げて平板１６が下方に移動し、下部空気室１９は最小の容積となる。これに対して、上部空気室１８は最大の容積となる。
【００６９】
また、給油後に燃料が消費されて上部空気室１８内に残留する燃料の重量が減少すると、その燃料重量の減少に応じて、図６Ｃに示したようにスプリング１７の付勢力で平板１６が燃料を上方に押し上げる。このときの下部空気室１９の容積は、最大の容積と最小の容積の間にある。同様にして、上部空気室１８の容積も最大の容積と最小の容積の間にある。
【００７０】
このようにタンク本体２の底面２Ａに蛇腹状部材１５を備えさせることでも、上部空気室１８内に残留する燃料が空気室１８内の大部分に液状で充満し、燃料の液面の大部分が上部空気室１８内の気体部分に開放されないようにすることができる。言い換えると、タンク本体２内の上部空気室１８に燃料が残留する間は、燃料液面の大部分が上部空気室１８内の気体部分に開放されることがないように、かといって満タンまでの燃料供給の邪魔をしないようにタンク本体２内が空であるときの平板１６の上下方向位置と、スプリング１７の初期長さ及び付勢力（弾性力）とを調整するのである。
【００７１】
第３実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、タンク本体２内で蒸発した燃料を吸着させるキャニスタ２１を備え、タンク本体２内の空間を上部空気室１８と下部空気室１９の二つに区画すると共に上下方向に摺動可能な平板１６（仕切部材）と、この平板１６を上方に付勢するスプリング１７（弾性部材）とからなる蛇腹状部材１５をタンク本体２内の底面２Ａ（下部）に設け、上部空気室１８内に燃料を導入するとき、平板１６が燃料重量でスプリング１７に抗して下方に移動すると共に、上部空気室１８内に残留する燃料が上部空気室１８内の大部分を液状で満たすようにスプリング１７の初期位置と付勢力（弾性力）とを定めるので、蒸発燃料の生成量を低減することが可能となり、キャニスタ２１の容量を縮小することができるほか、燃料タンク１の構成を簡素にすることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  燃料タンク
２  タンク本体
１１  弾性変化膜
１２  高圧室（下部室）
１３  上部空気室（上部室）
１５  蛇腹状部材
１６  平板（仕切部材）
１７  スプリング（弾性部材）
【図１Ａ】
2010269648.tif 000003
【図２】
2010269648.tif 000004
【図３】
2010269648.tif 000005
【図４】
2010269648.tif 000006
【図６Ａ】
2010269648.tif 000007
【図１Ｂ】
2010269648.tif 000008
【図１Ｃ】
2010269648.tif 000009
【図５】
2010269648.tif 000010
【図６Ｂ】
2010269648.tif 000011
【図６Ｃ】
2010269648.tif 000012